В региональном тектоническом плане территория г. Мензелинска относится к Татарскому своду, который расположен на восточной окраине Русской платформы и непосредственно приурочен к Икско-Мензелинскому выступу.
Икско-Мензелинский выступ является довольно крупным структурно-тектоническим элементом, который охватывает обширное пространство в бассейне рр. Мензели, Ика и Суньи. С востока он ограничен Сармановским, а с северо-запада и севера Сарайлинскими прогибами, с северо-востока – Верхнекамской впадиной. Для него характерна преимущественно северо-западная ориентировка положительных и отрицательных структур, а также общий ступенчатый характер строения.
Тектоническая жизнь Русской платформы как регионального структурного элемента продолжается и ныне, не затухает она и на Икско-Мензелинском выступе, представляющем собой гетерогенную положительную тектоническую структуру Татарского свода. В пределах исследуемой территории в настоящее время происходит постоянный подъем земной коры со скоростью 6-8 мм/год.
Специальных геофизических исследований (сейсмическое микрорайонирование) для определения расчетной сейсмичности территории г. Мензелинска не проводилось. Тем не менее, в соответствии со СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и приложенной к нему картой общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97-С (особо ответственные объекты) рассматриваемый участок относится к району с сейсмичностью 7 баллов по шкале MSK–64 (Водохранилище Нижнекамской ГЭС…, 2004).
2.5. Современные физико-геологические явления и процессы
Из современных физико-геологических процессов в Мензелинске получили развитие выветривание, эрозия, плоскостной смыв, подтопление, заболачивание и, в незначительной степени, переработка берегов водохранилища.
Коренные верхнепермские образования на участках выхода их на дневную поверхность интенсивно выветриваются, покрываясь сетью трещин и образуя осыпи из дресвы и щебня. Мощность коры выветривания здесь может достигать 2-3 и более метров.
Четвертичные отложения выветриваются очень незначительно. Мощность зоны выветривания не превышает 1-1,5 м. На поверхности в этом случае формируются вертикальные открытые трещины шириной 3-5 см и протяженностью 0,1-0,3 м. Суглинки имеют столбчатую отдельность. Глины плиоценовых отложений еще менее подвержены выветриванию.
Процессы эрозии формируют современный рельеф. В Мензелинске отмечаются следующие виды эрозионных процессов: подмыв береговых склонов, смыв и образование промоин и оврагов. На скорость процесса оказывают влияние литологический состав пород, экспозиция склонов, мощность зоны выветривания. Скорость роста оврагов в суглинистых грунтах достигает 8 м/год. На пологих склонах происходит медленное смещение водонасыщенных грунтов, а на крутых склонах расчленение более интенсивное и сопровождается обрушением и оползанием (Защита территории г. Мензелинска…, 1994).
Имеет место и плоскостной смыв, в результате чего на плато в значительной степени смывается горизонт почв.
В настоящее время большая часть береговой линии г. Мензелинска укреплена, и поэтому абразии берега не наблюдается. Незакрепленный юго-восточный участок берега имеет относительно пологие склоны и практически не подвержен переработке. Так, за десятилетний период эксплуатации водохранилища ширина зоны переработки берега на этом участке превысила 10 м (Водохранилище Нижнекамской ГЭС…, 2004).
Заболачивание и подтопление развиты в тальвегах оврагов. Кроме того, подтопление отмечается в пределах отдельных высоких участков городской территории, где затруднен сток атмосферных осадков и имеет место интенсивное дополнительное техногенное инфильтрационное питание грунтовых вод, обусловленное сосредоточенной фильтрацией из поверхностных водоемов (прудов), утечками из подземных водонесущих коммуникаций, перетоком подземных вод из водоносных горизонтов коренных пород.
Приступая к анализу гидрогеологической обстановки и оценке степени подтопления территории г. Мензелинска, необходимо отметить следующее: согласно требований СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления» норма осушения для г. Мензелинска составляет 2 м (т.е. территории, где грунтовые воды залегают на глубине менее 2 м от поверхности земли, считаются подтопленными). Исходя из этой нормы в бытовых условиях 3,7 км2 городской территории уже были подтоплены, в том числе 2,4 км2 были подтоплены в пределах незатапливаемой водохранилищем части города (30% от ее площади) и 1,3 км2 – в пределах прилегающей к р. Мензеле и затапливаемой водохранилищем части города. При этом 1,9 км2 городской застройки или 24% от общей площади рассматриваемой территории находилось в подтопленном состоянии в центральной части города. В соответствии со СНиП 22-01-95 «Геофизика опасных природных воздействий» категория опасности развития процесса подтопления в пределах Мензелинска в бытовых условиях оценивается как умеренно-опасная.
Как показал проведенный анализ геоморфологических и гидрогеологических условий участка, а также техногенных факторов, негативно влияющих на природную обстановку, с учетом требований «Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)» территория г. Мензелинска относится к потенциально подтопляемым, в пределах которых при определенном сочетании естественных и техногенных факторов происходит стабильное повышение уровней подземных вод вследствие самоподтопления.
О причинах развития процесса самоподтопления г. Мензелинска в бытовых условиях, то есть до наполнения водохранилища Нижнекамской ГЭС, можно сказать то, что само расположение города на левобережье р. Мензели, сложенном большей частью слабоводопроницаемыми связными четвертичными грунтами, подстилаемыми относительно водоупорными породами белебеевской свиты, определило благоприятные условия для подтопления территории.
Кроме того, недостаточная инженерная подготовка территории и создание прудов с отметками 83,5-102,4 м практически во всех оврагах, пересекающих город и игравших в бытовых условиях роль естественных дренажных, водосборных и отводящих канав, привели к нарушению естественного стока (как поверхностного, так и подземного) и созданию дополнительных источников инфильтрации.
К безусловному ухудшению гидрогеологической обстановки на участке р. Мензели также привели такие активные техногенные факторы, вызывающие увеличение дополнительного инфильтрационного питания и подтопления, как густота застройки и уменьшение атмосферного испарения под зданиями, утечки водонесущих коммуникаций, бессистемный полив приусадебных участков. Например, по данным ВНИИ ВОДГЕО только за счет изменений условий влагообмена (уменьшения испарения) вследствие застройки величина дополнительного инфильтрационного питания может составлять 0,5*10-4 м/сутки, что сопоставимо с величиной бытовой инфильтрации.
О масштабах дополнительного (техногенного) инфильтрационного питания и его роли в формировании режима грунтовых вод на территории Мензелинска можно судить из сопоставления его величины с инфильтрацией атмосферных осадков, также участвующей в формировании естественных подземных вод. Так, по данным литературных источников, величина дополнительного инфильтрационного питания (w), вызванного техногенными факторами, в зонах индивидуальной застройки с аналогичными Мензелинску природными условиями может достигать 3,4*10-3 м/сутки, что в 30 раз превышает величину бытовой инфильтрации (1,3*10-4м/сутки). Однако следует отметить, что приведенная величина дополнительной инфильтрации относится к территории всей исследуемой части застройки. На самом деле зеркало грунтовых вод на застроенных территориях носит куполообразный характер, поэтому в реальных условиях интенсивность инфильтрации может быть и выше, но площадь ее поступления будет локализована.
Интенсивность дополнительного (техногенного) инфильтрационного питания в сочетании с геолого-литологическими и гидрогеологическими условиями участка уже в бытовых условиях обеспечила подъем и высокое положение уровней подземных вод в пределах значительной части индивидуальной жилой застройки Мензелинска, которая, исходя из нормы осушения 2 м, принимаемой в соответствии со СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления», находилась практически в подтопленном состоянии, особенно в период весеннего снеготаяния, что подтверждается опросом местных жителей, произведенном при обследовании территории города.
Оценивая отмеченную интенсивность дополнительного инфильтрационного давления, обеспечивающего постоянно высокое положение уровней грунтовых вод в пределах жилой застройки г. Мензелинска, уже сейчас без дренажных мероприятий следует предполагать дальнейшее стабильное повышение уровней подземных вод и увеличение подтопленных площадей.
2.6. Гидрогеологические условия
Описание гидрогеологических условий и водохозяйственной обстановки г.Мензелинска приведено по результатам работ, выполненных ГУП «Татарстангеология» по теме: «Поисково-оценочные работы на Набережно-Челнинской площади», Казань, 2004.
В соответствии с региональным гидрогеологическим районированием исследуемая территория расположена в пределах Камско-Вятского артезианского бассейна. Наиболее характерной чертой этого бассейна является региональное распространение гипсово-ангидритовой толщи нижнепермского возраста, разделяющей всю обводненную толщу осадочных пород на две резко различные гидродинамические зоны. По степени гидродинамической активности в разрезе сверху вниз выделяются зоны активного и затрудненного водообмена. Зона распространения пресных и слабоминерализованных подземных вод, занимающих верхнюю часть гидрогеологического разреза, ограничивается глубиной залегания кровли соликамского горизонта уфимского яруса. Она охватывает карбонатно-терригенные верхнепермские и аллювиальные глинисто-песчаные неоген-четвертичные отложения.